科研新闻

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  •     11月9日上午,我校统计与数据科学前沿理论及应用教育部重点实验室揭牌仪式暨第一届学术委员会会议在中山北路校区举行。西安交通大学徐宗本院士,我校校长钱旭红、副校长汪荣明、研究生院副院长张文、招生办公室主任濮晓龙、科技处处长张桂戌、国有资产管理处处长嵇渭萍、人事处副处长陈旦锋、科技处副处长杨艳琴、经济与管理学部领导以及实验室学术委员会成员出席会议,见证重点实验室揭牌成立,并就重点实验室当前的挑战和未来的发展进行研讨。揭牌仪式由张桂戌主持。我校成立统计与数据科学前沿理论及应用教育部重点实验室  钱旭红在致辞中对所有参与重点实验室建设的与会专家表示感谢。随后他介绍了学校的基本情况,并指出成立统计与数据科学前沿理论及应用教育部重点实验室,不仅是学校学科发展的新挑战和新机遇,也是学校服务国家教育和上海经济社会发展,精准对接国家战略和参与构筑人类命运共同体的重要举措。他表示学校将扎根中国大地建设世界一流大学,通过实施“教育+”“生态+”“健康+”“智能+”“国际+”五大行动计划,打造华东师大的幸福之花,学校也将从机制体制、经费配套、人才引进等多方面对实验室进行支持,全力以赴将实验室打造成为具有国际影响力的统计学和数据科学研究高地、高层次人才培养基地和国内外高层次学术交流平台,并为建设国家重点实验室打下坚实基础。我校校长钱旭红院士讲话  仪式上,张桂戌宣读了实验室主任和学术委员会成员的聘任通知,徐宗本任学术委员会主任,英属哥伦比亚大学教授陈家骅、中国人民大学教授杜小勇、北京大学教授房祥忠、我校教授顾小清、东北师范大学教授郭建华、西南财经大学教授林华珍等国内同领域专家任实验室第一届学术委员会委员。钱旭红为实验室学术委员会主任及专家们颁发了聘书。徐宗本、钱旭红、房祥忠、汪荣明共同为重点实验室揭牌。校长钱旭红向徐宗本院士颁发实验室第一届学术委员会主任聘书  统计与数据科学前沿理论及应用教育部重点实验室是以我校统计学科、数据科学和教育学科等优势资源为依托,利用学科交叉互补优势,促进统计学和数据科学的理论和方法创新,推进大数据统计分析方法在包括金融和教育学等各个领域的应用与实践,进而为国民经济和科学发展提供技术支撑。  重点实验室第一届学术委员会会议由学术委员会主任徐宗本主持。徐宗本向学术委员会作实验室报告,阐述了实验室的筹建过程、研究目标和任务、组织架构,以及在科学研究和人才培养等方面取得的进展,并介绍了实验室未来的工作思路和工作重点。重点实验室第一届学术委员会会议举行  学术委员会随后现场认真审议了实验室的工作汇报,对实验室在队伍建设、人才培养、科学研究等方面取得的成绩给予肯定,同时建议实验室进一步探索有效的组织管理架构,不断完善科研考核机制,聚焦研究方向和研究内容,在重大前沿方面发挥学科优势,加强国际化交流与合作,服务国家战略,力争把实验室建设成为具有国际影响力的实验研究基地。附:第一届学术委员会名单图|吴潇岚 肖启玉 李静姝  文、来源|经济与管理学部  编辑|吴冬妮  郭文君
  •     信息科学技术学院褚君浩院士团队近期在二维反铁磁领域取得重要进展。该研究在二维A-type反铁磁中提出了实现half metal  (100%自旋极化)的普适理论,设计了新型二维自旋场效应晶体管模型,是反铁磁应用的重要进展。研究结果以“Electrically induced  2D half-metallic antiferromagnets and spin field effect transistors”为题,2018年8月发表在《美国科学院院报》(PNAS)。这项研究与加州大学伯克利分校Xiang  Zhang院士(现香港大学校长)合作完成,华东师范大学为第一完成单位,龚士静副研究员为第一作者,Xiang  Zhang院士为共同通讯作者。信息科学技术学院褚君浩院士与龚士静副研究员《美国科学院院报》(PNAS)发表褚君浩院士团队在二维反铁磁领域的重要进展  龚士静副研究员自2010年入职华东师范大学以来,一直从事自旋电子学领域研究。她在传统半导体材料中的自旋调控,尤其是基于自旋轨道耦合作用的全电学自旋调控方面,积累了丰富的研究经验,在Phys. Rev. Lett., Nat.  Commun., Adv. Energy mater.等国际著名期刊发表论文四十余篇。在新兴的二维磁性材料领域,她结合前期积累的电控磁性研究优势与二维磁性材料的新特点,很快在二维反铁磁研究取得重要进展。信息科学技术学院极化材料与器件实验室龚士静副研究员  反铁磁的机遇与挑战:  1970年法国科学家Néel因其反铁磁研究成果获得诺贝尔奖,在他的诺贝尔奖演讲中提到:“Antiferromagnetic  materials are extremely interesting from the theoretical viewpoint, but do not  seem to have any applications.” 反铁磁具有重要的理论研究价值,但宏观磁矩为零使其磁结构很难测定,严重限制了其实际应用。2004年英国曼切斯特大学Andre Geim与Novoselov两位科学家从石墨薄片中剥离出了石墨烯,标志着二维材料时代的开始。2017年加州大学伯克利分校Xiang Zhang院士首次在实验中获得二维铁磁性材料Cr2Ge2Te6, 至此激发了人们对二维磁性材料的研究兴趣。但是目前已经发现的二维磁性材料有很大一部分为反铁磁,这使得大量关于二维磁性材料的研究再次止步于应用。  在测试双层二维磁性材料Cr2Ge2Te6,VSe2等的电子结构时研究团队发现如果双层材料层间为反铁磁交换作用时,施加垂直电场可以很方便的实现100%自旋极化的half-metallicity性质。进一步的分析表明,利用半导体性的双层A-type反铁磁(层内铁磁,层间反铁磁)得到half-metallicity性质是一个普适理论,这个发现让研究团队无比惊喜,事实证明也让审稿人无比激动,在审稿意见中多处提到:“I am excited to read it”“The idea is simple, clever, and  general”。  半导体性的双层A-type反铁磁在垂直电场作用下的能带演变非常简单。图(A)为无外加电场时半导体性的A-type反铁磁能带示意图,由于A-type反铁磁的结构特点,使得layer-1与layer-2中自旋属性相反;图B为双层A-type反铁磁的结构示意图,施加从layer-2指向layer-1的电场将导致双层结构的layer-1电势升高,layer-2电势降低。外加电场达到一定强度时(临界电场),导带底与价带顶接触,发生半导体-金属相变,同时费米能级附近被同一种自旋态(蓝色)占据,形成100%自旋极化的half-metallicity性质(图C)。半导体性的双层A-type反铁磁结构示意图以及电场作用下能带演变示意图    该研究的重要意义在于,利用双层A-type反铁磁的half-metallicity性质可以实现新型的自旋场效应晶体管。当垂直电场大于临界电场时,即可获得100%的上自旋极化流(蓝色),翻转外加电场方向可获得100%下自旋极化流(红色)。1990年Datta提出的自旋场效应晶体管,其工作性能依赖通道中电子自旋进动的精准控制,该理论虽然备受关注但精准控制自旋进动状态在实验上困难重重。我们利用电场调控A-type反铁磁的电子结构,实验操作简单方便,基本原理也完全不同于Datta-Das自旋场效应晶体管。通过与实验合作者的多次讨论,我们在论文中加入了很多关于实验可行性的讨论,对实现新型自旋场效应晶体管可能遇到的实际问题进行了详细阐述,包括器件工作温度,二维磁畴大小,电极影响,二维磁性材料厚度对器件性能影响等等,使研究工作不仅理论新颖而且对未来的实验研究提供了充分的细节指导。基于双层A-type反铁磁的自旋场效应晶体管模型示意图及工作原理    论文从筹备、投稿、修稿到最后接收,团队付出了不懈努力。劳伦斯伯克利国家实验室Xiang Zhang院士在实验可行性分析方面提供了宝贵意见,使论文学术和应用价值到达了新的高度。  “在与实验研究组合作的过程中,我们逐渐认识到一个好的理论研究工作不能仅仅只满足于新理论或者新概念,同时应具有引领后续实验的作用,并尽可能从理论方面预言后续实验可能遇到的困难。”龚士静说。褚君浩院士也谈到:“基础研究的原创性发现非常重要,它的重要性通常不会像应用领域的技术突破很快被接受,因此,做基础研究需要足够的耐心和恒心,底子牢固了后劲才足;另外我们应创造条件加强合作,包括实验/理论合作,国内/国际合作,在自己的研究领域做大做强,做出特色。”  信息学院研究生孙钰云、杜二伟、韦玥参与了计算分析;朱亮清副研究员在程序设计方面提供了很多帮助;从事同领域研究的唐晓东研究员、白伟副研究员提供了研究思路和有益讨论;电控磁性是极化材料实验室重要发展方向之一,实验室主任段纯刚教授对研究工作给予了充分支持。褚君浩院士作为红外物理与半导体自旋器件专家,多次担任科技部“973项目”首席科学家,主持国家重点基础研发项目,为信息学院科研发展以及人才培养倾注了全力。  以上研究获得中国国家自然科学基金(61774059)、美国科学基金(1753380)、上海市自然科学基金 (18ZR1412500) 以及国家留学基金委(2015061450)支持;计算资源获得华东师范大学超算中心支持。附:成果链接:http://www.pnas.org/content/115/34/8511图文、来源|信息科学技术学院  编辑|谢瑶姬  编审|郭文君
  •     自从1987年诺贝尔化学奖授予在超分子化学领域做出突出贡献的三位科学家以来,超分子化学已经发展成为一门和生命科学、材料科学、信息及环境科学诸多领域相互交叉的前沿学科。作为超分子化学研究的核心内容之一,自组装被认为是在分子以上层次创造新物质和产生新功能的重要手段。2016年诺贝尔化学奖授予了在分子机器方面做出突出贡献的Sauvage、Stoddart以及Feringa三位教授,自组装正是构筑轮烷、索烃等机械互锁结构的重要手段。2005年国际著名杂志《科学》(Science)在纪念创刊125周年的专刊中提出“我们能推动化学自组装走多远”是人类21世纪面临的25个重大挑战之一。如何实现可控自组装,一直是超分子化学研究领域中的重大科学问题。我校杨海波教授研究团队长期从事超分子自组装的研究,今年连续两次在《自然·通讯》报道了在可控自组装领域取得的重要研究进展。新型轮烷树枝状分子的高效构筑  轮烷树枝状分子是指含有轮烷机械互锁结构的树枝状分子,其不仅展示了独特的拓扑结构,同时轮烷的引入赋予了树枝状分子独特的性能。但是,轮烷树枝状分子作为一类重要的超分子拓扑结构,其高效构筑一直是一个难题。在前期工作中,杨海波教授研究团队成功地将主客体相互作用与铂炔化学相结合,从三组分出发,通过“一锅法”高效构筑中性轮烷基元;然后通过逐级可控的生长方法,在国际上首次实现了轮烷作为重复单元的轮烷树枝状分子的高效构筑,解决了该领域过去十几年的一个难题。该工作发表在《美国科学院院刊》上(PNAS.2015, 112,  5597),得到了国际超分子化学家的广泛关注,2016年诺贝尔化学奖得主Stoddart教授评价该工作为迄今为止结构最复杂、最独特的轮烷树枝状分子。  最近,在上述工作基础上,通过模仿自然界中精妙排列的纳米机械部件在外界刺激下产生特定功能输出的行为,杨海波教授研究团队进一步构筑了一例具有双重刺激响应性的枝杈型轮烷树枝状分子。从刺激响应型[2]轮烷基元出发,通过可控发散策略,成功构筑了一系列分立的枝杈型轮烷树状分子(G1-G3),最高代数至三代,其结构中含有21个刺激响应型轮烷基元,分子量高达40,886 Da(图1)。通过可控发散法构筑枝杈型轮烷树枝状分子  由于在轮烷基元中含有脲基基团,当向体系中加入或移除二甲基亚砜(DMSO)溶剂分子或醋酸根阴离子刺激时,大环基元可以沿轴发生可逆的定向性运动。有趣的是,双刺激响应型轮烷基元的引入,赋予了整个轮烷树状分子双刺激响应性质,使得该类轮烷树状分子表现出溶剂或阴离子诱导的分子运动行为,这类三维的分子集成运动进一步可诱导分子的收缩/扩张运动(图2)。该工作为构筑新型的超分子智能材料提供了新的思路,近期发表在《自然·通讯》上(Nat.  Commun., 2018, 9, 3190)。加入或移除外界刺激,诱导枝杈型轮烷树枝状分子收缩/扩张运动  该工作由我校2014级博士研究生王旭庆同学为第一作者完成的,华东师大为第一作者单位和唯一通讯作者单位。我校徐林副教授为共同通讯作者(https://www.nature.com/articles/s41467-018-05670-y)。发白光的新型Rosette拓扑组装结构  超分子拓扑结构是一类重要的超分子组装体系,由于这类分子具有精巧复杂的结构和刺激-响应性质,因此在纳米科学及材料科学等领域有极大的应用前景。但是由于缺乏可控的构筑手段和高效的表征方法,一些复杂的超分子拓扑结构的构筑仍然面临巨大挑战。在前期工作中,杨海波教授研究团队通过合理设计,选择基元砌块并利用可控自组装,特别是以配位键为核心推动力的逐级自组装策略,成功构筑了一系列以分立金属有机组装体系为核心骨架的复杂超分子拓扑结构。例如,从含有四个吡啶基团的刚性四齿配体出发,分别与不同长度的180度双铂受体通过配位键组装,高效构筑了一类新的环套环(ring-in-ring)拓扑结构。当使用过渡金属Pd时,可以构筑分子量接近28,000  Da的球套球(sphere in sphere)拓扑结构(J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 1556)。  在这个工作基础上,课题组最近成功发展了不同代数,含有四苯乙烯的多三联吡啶配体。从这些组装基元出发,基于多重配位作用与Cd金属离子组装形成了单一的六元(hexamer,  G2)和鲜有报道的七元花环(heptamer, G3)结构,其中七元环G3的分子量达到了 27,599  Da。因为这些超分子结构与玫瑰花结十分相似,因此将这两种环套环结构命名为“Rosette”(图3)。通过可控自组装构筑超分子Rosette拓扑结构  由于大位阻的三联吡啶基元和金属离子的配位作用,四苯乙烯骨架的旋转受限,这些环套环结构在溶液态和聚集态都有优越的发光性质。而且随着受限程度的增加,发光性质可以实现调控。特别需要指出的是,二代超分子环套环结构(G2)展示了稳定发白光的性质(图4)。色度坐标(CIE)显示,在一定条件下,体系可以发出很强的白光。在不良溶剂水的比例是60%的时候,色度坐标为(0.325,  0.355),这和纯白光(0.333,  0.333)已经非常接近。单分子白光材料的设计与合成一直是发光材料研究的一大挑战,因为这需要一种分子同时发射至少两种不同波长的光,而且发射强度需要在合适的比例范围。该研究工作为单分子白光材料的研究提供了一个新的策略和思路。Rosette拓扑结构展示了有趣的发白光性质  该工作是由我校2014级博士研究生尹光强同学为第一作者完成的,华东师大为第一作者单位和通讯作者单位,美国南佛罗里达大学李霄鹏教授为共同通讯作者(https://www.nature.com/articles/s41467-018-02959-w)。  基于杨海波教授团队在可控自组装研究领域取得的重要进展,美国化学会(ACS)著名综述期刊《化学研究评述》(Accounts  of Chemical  Research)(影响因子为20.96)邀请杨海波教授对课题组过去10年在可控自组装方面的研究进展进行了总结,相关综述论文已经在线发表(Acc. Chem.  Res., 2018, DOI: 10.1021/acs.accounts.8b00317).图文、来源|化学与分子工程学院  编辑|夏峥  编审|郭文君
  •     近期,我校精密光谱科学与技术国家重点实验室魏启副教授在强场物理研究方面取得重要进展,相关成果以“Pendular alignment and strong  chemical binding are induced in helium dimer molecules by intense laser  fields”为题在线发表于国际著名期刊《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences  of the United States of America, PNAS)。国际著名期刊《美国国家科学院院刊》(PNAS)刊发我校魏启副教授的进展成果  该工作由华东师范大学的魏启副教授,美国普渡大学的Sabre  Kais教授,日本京都大学的Tomokazu Yasuike教授和诺奖得主、哈佛大学的Dudley Herschbach  教授合作完成,华东师范大学为第一完成单位,魏启副教授为本文的第一作者及通讯作者,Dudley  Herschbach教授为共同通讯作者。这项工作发现强激光场不但可以让分子空间准直,还能够显著增强分子内部的化学键。这为激光场中分子调控、化学反应的超快行为和光催化开辟了新的途径。“Dudley  Herschbach教授是我的博士后导师,这是我们此前合作研究的继续。”魏启说。我校精密光谱科学与技术国家重点实验室魏启副教授  我们周围的一切是由原子和分子组成的,而分子内部的原子之所以能够结合在一起形成分子,就是因为原子之间存在相互作用,这种相互作用就称为化学键。化学键是分子的固有属性,一旦分子结构确定,则内部每一个化学键的性质都是唯一确定的。在所有化学键中,最弱的是氦的双原子分子中(He2)的He-He键。这个键比第二弱的化学键(He-Ne)还要弱2000倍;比普通化学键弱100000000倍。所以从上世纪20年代开始,He2分子一直都受到物理学家和化学家的特别关注。另外,得益于啁啾脉冲技术的发展,强激光场已经在实验室中得以实现,强激光变成研究原子分子的重要工具,并且形成了新的研究方向。对激光场中的He2分子而言,以往的研究根据激光强度的不同分成两个方向:在激光场强度不足以电离电子的前提下,通过极化率的各向异性来让He2分子进行动态准直;在超强激光中,电子进入Kramers-Henneberger缀势态,结合内部库仑作用从而在两个He原子之间形成很强的化学键。在过去的研究中,第一个方向只研究激光场对He2分子的空间转动而从不考虑激光场对He-He化学键的影响。第二个方向则是基于高频弗洛凯理论的预言,几十年的时间里从未有人提出可行的方案进行实验验证。  鉴于此,魏启和Dudley  Herschbach等对He2分子的这个工作根据激光强度的不同分成两个部分:(1)在非共振弱激光场中,通过极化率的各向异性来让分子进行空间准直,从而形成摆动态;(2)在高频超强激光场中,电子进入缀势态,从而在两个He原子之间形成很强的化学键,通过借助一个电子激发态,提出一个从光谱上进行验证的实验方法。激光场中He2分子的径向和角向2维势能面以及摆动态基态能级(上图)和相应的波函数(下图)高频超强激光场中,He2分子缀势电子基态和激发态的径向和角向2维势能面  在第一部分的工作中,魏启和Dudley  Herschbach等根据激光脉冲的长短,对He2分子的激光空间准直进行了分类研究。在短激光脉冲激光场中,He2分子会从激光场获得角动量,由于He2分子键的极端脆弱性,He2分子会因转动而解离,这个过程称为非绝热准直;在长脉冲激光场中,He2分子会因极化率的各向异性而进入摆动态,这个过程称为绝热准直。He2分子的绝热准直以前从未被研究过,魏启和Dudley  Herschbach等通过对He2分子摆动态的精确计算。并提出了切实可行的实验方案,从而填补了这个领域的空白。  在第二部分的工作中,魏启和Dudley  Herschbach等提出了以光谱的方法来验证Kramers-Henneberger态的He2分子,这个光谱来自电子基态<!--[if !msEquation]--><!--[endif]-->和激发态之间的跃迁。以往的研究集中在电子基态,通过理论计算,科学家们意识到强激光场中基态He2分子内部存在很强的化学键,但是一直没有人提出可行的实验方案来验证。魏启和Dudley  Herschbach等提出可以采用光谱的方法来进行验证。他们精确计算了在不同激光参数下He2分子势能面和相应的光谱谱线,并给出了优化的激光参数从而为下一步的实验验证奠定理论基础。这项研究工作对激光场中分子调控、化学反应的超快行为和光催化等领域有着重要意义。来源|精密光谱科学与技术国家重点实验室  编辑|郭文君

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